1 Themenbereich Elektrizität

Themenbereich Elektrizität
Kerncurriculum Niedersachsen
•
Fachwissen
o Prozessbezogene Kompetenzen
•
beschreiben elektrische Felder durch
Kraftwirkungen auf geladene Probekörper.
Dorn Bader Physik SII
(Best. Nr. 978-3-507-10748-9)
ihre
o skizzieren Feldlinienbilder für typische Fälle.
S.11/12: Kraftwirkung von Ladungen
Felder verschieben Ladungen
S.12/13: Faradays Feldidee
o beschreiben die Bedeutung elektrischer Felder
für eine technische Anwendung (z. B. die
Kopiertechnik)
S. 36–41: Kondensatormikrofon,
elektrostatische Staubfilter
•
nennen die Einheit der Ladung und erläutern die
Definition der elektrischen Feldstärke.
S.10: Strom ist fließende Ladung
S.14: Ortsfaktoren – auch im elektrischen Feld
•
beschreiben ein Verfahren zur Bestimmung der
elektrischen Feldstärke auf der Grundlage von
Kraftmessung.
S.15: Messungen zur elektrischen Feldstärke
o werten in diesem Zusammenhang Messreihen
selbstständig aus.
o erläutern mithilfe einer Analogiebetrachtung,
dass g als Gravitationsfeldstärke aufgefasst
werden kann.
S. 14: Ortsfaktoren – auch im elektrischen Feld
•
beschreiben den Zusammenhang
Ladung und elektrischer Stromstärke.
S. 10: Strom ist fließende Ladung
•
nennen die Definition der elektrische Spannung
mithilfe der pro Ladung übertragbaren Energie.
•
zwischen
beschreiben den Zusammenhang zwischen der
Feldstärke in einem Plattenkondensator und der
anliegenden Spannung.
o ziehen Analogiebetrachtungen zur Erläuterung
dieses Zusammenhangs heran.
S. 20: Spannung
S. 20/21: Spannung
S. 21: Spannung und Feldstärke im homogenen
Feld
S. 23: Potenzial
•
geben die Energiebilanz für einen freien
geladenen Körper im elektrischen Feld eines
Plattenkondensators an.
S. 20: Die Elektronenkanone
•
bestimmen selbstständig die Geschwindigkeit
eines geladenen Körpers im homogenen
elektrischen Feld eines Plattenkondensators
mithilfe von Energiebilanzen.
S. 21: Aufgaben A1, A2
•
beschreiben
den
Entladevorgang
eines
Kondensators mithilfe einer Exponentialfunktion.
o führen
selbstständig
Entladevorgang durch.
Experimente
S. 30/31: Kondensatoren in Labor und Technik
zum
o ermitteln aus den Messdaten die Parameter
des zugehörigen t-I-Zusammenhangs und
stellen diesen mit der Exponentialfunktion zur
Basis e dar.
S. 31: Kondensator-Entladung berechnen
S. 92: Klausurtraining A5
o begründen den exponentiellen Verlauf.
S. 31: Kondensator-Entladung berechnen
S. 92: Klausurtraining A5
o ermitteln die geflossene Ladung mithilfe von tI-Diagrammen.
S. 10: Ladungsmessung
1
Kerncurriculum Niedersachsen
•
Fachwissen
o Prozessbezogene Kompetenzen
•
nennen die Definition der Kapazität
Kondensators.
o planen und führen
Bestimmung
der
Kondensators durch.
•
eines
S. 28: Wie viel Ladung fasst ein Kondensator?
ein Experiment zur
Kapazität
eines
o erläutern
Einsatzmöglichkeiten
von
Kondensatoren
als
Energiespeicher
in
technischen Systemen.
S. 32/33: Kondensatoren im Auto statt Benzin im
Tank?
bestimmen die Richtung von
Feldern mit Kompassnadeln.
S. 44: Magnetismus
magnetischen
o skizzieren Magnetfeldlinienbilder
geraden Leiter und eine Spule.
•
Dorn Bader Physik SII
(Best. Nr. 978-3-507-10748-9)
für
einen
ermitteln Richtung (Dreifingerregel) und Betrag
der Kraft auf einen stromdurchflossenen Leiter im
homogenen Magnetfeld.
S. 44/45: Magnetismus
S. 46: Magnetische Kraft auf bewegte Ladungen
o planen mit vorgegebenen Komponenten ein
Experiment zur Bestimmung von B auf der
Grundlage einer Kraftmessung.
•
nennen die Definition der magnetischen
Flussdichte B (Feldstärke B) in Analogie zur
elektrischen Feldstärke.
S. 47: Die magnetische Flussdichte
o erläutern ein Experiment zur Bestimmung von
B mithilfe einer Stromwaage / führen ein
Experiment zur Bestimmung von B durch und
werten es aus.
S. 47: Magnetfeld
S. 92: Klausurtraining A3
o begründen die Definition mithilfe geeigneter
Messdaten.
•
beschreiben die Bewegung von freien Elektronen
-
unter Einfluss der Lorentzkraft,
-
unter Einfluss der Kraft im homogenen EFeld
-
im Wien-Filter
o begründen den
Bahnkurven.
S. 56: Kreisende Elektronen verraten ihre
Masse
S. 464: Mathematische Ergänzungen
S. 26/27: Elektronen im elektrostatischen
Querfeld
S. 60: Massenspektrometer
prinzipiellen
Verlauf
der
o leiten vorstrukturiert die Gleichung für die
Bahnkurve im homogenen elektrischen Feld
her.
•
S. 47: Tabelle T1
beschreiben das physikalische Prinzip
Bestimmung der spezifischen Ladung
Elektronen mithilfe des Fadenstrahlrohres.
zur
von
wie oben
S.26/27: Braunsche Röhre
S. 56: Kreisende Elektronen verraten ihre Masse
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Kerncurriculum Niedersachsen
•
Fachwissen
o Prozessbezogene Kompetenzen
o leiten dazu die Gleichung für die spezifische
Ladung des Elektrons her und bestimmen die
Elektronenmasse.
•
erläutern die Entstehung der Hallspannung.
o leiten die Gleichung für die Hallspannung in
Abhängigkeit von der Driftgeschwindigkeit
(unter Verwendung der Ladungsträgerdichte)
anhand einer geeigneten Skizze her.
Dorn Bader Physik SII
(Best. Nr. 978-3-507-10748-9)
S. 91: Klausurtraining A1
S. 48: Die Hallspannung
S. 48: Die Hallspannung
S. 49: Die Hall-Konstante
o führen
selbstständig
Experimente
zur
Messung von B mit einer Hallsonde durch.
•
beschreiben
die
Erzeugung
einer
Induktionsspannung durch die zeitliche Änderung
von B bzw. A qualitativ.
S. 67: Induktion
o führen einfache qualitative Experimente zur
Erzeugung einer Induktionsspannung durch.
o erläutern das Prinzip eines dynamischen
Mikrofons.
•
wenden das Induktionsgesetz in differenzieller
Form auf lineare und sinusförmige Verläufe von
Φ an.
o werten geeignete Versuche zur Überprüfung
des Induktionsgesetzes aus.
o stellen technische und historische Bezüge
hinsichtlich
der
Erzeugung
von
Wechselspannung dar.
S. 68: Das Induktionsgesetz
S. 73: Aufgaben
S. 80: Erzeugung einer sinusförmigen
Wechselspannung
S. 96: Klausurtraining A6
S. 67: Beispielaufgabe
S. 92: Klausurtraining A6
S. 172: Klausurtraining A3
S. 72: „Interessantes“
S. 80: Erzeugung einer sinusförmigen
Wechselspannung
3
Themenbereich Schwingungen und Wellen
Kerncurriculum
•
Fachwissen
o Prozessbezogene Kompetenzen
•
stellen harmonische Schwingungen grafisch dar.
Dorn Bader Physik SII
(Best. Nr. 978-3-507-10748-9)
S. 96/97: Das Zeit-Elongations-Gesetz der
Schwingung
o verwenden
die
Zeigerdarstellung
oder
Sinuskurven zur grafischen Beschreibung.
•
beschreiben harmonische Schwingungen mithilfe
von Amplitude, Periodendauer und Frequenz.
o haben
Erfahrungen
im
angeleiteten
(selbständigen)
Umgang
mit
einem
registrierenden
Messinstrument
(z. B.
Oszilloskop / Interface).
•
geben die Gleichung für die Periodendauer eines
Feder-Masse-Pendels an.
S. 97: Beispiel
S. 99: Der horizontale Federschwinger
S. 172: Klausurtraining A3
o untersuchen die zugehörigen Abhängigkeiten
experimentell.
o ermitteln geeignete Ausgleichskurven.
harmonischer
S. 100: Schwingt ein Fadenpendel harmonisch?
S. 101: Brückenschwingungen
S. 103: Vergleich mechanischer und
elektromagnetischer Schwingungen
S. 117: Die Welle – eine wandernde Störung
o verwenden Zeigerketten oder Sinuskurven zur
grafischen Darstellung.
S. 118/119: Zeitliche und räumliche Darstellung
einer Welle
beschreiben harmonische Wellen mithilfe von
Periodendauer,
Ausbreitungsgeschwindigkeit,
Wellenlänge, Frequenz, Amplitude und Phase.
S. 118/119: Zeitliche und räumliche Darstellung
einer Welle
o übertragen diese Verfahren
harmonische Oszillatoren.
•
•
beschreiben
Wellen.
die
Ausbreitung
auf
andere
o nutzen in diesen Zusammenhängen die
Zeigerdarstellung oder Sinusfunktionen
sachgerecht.
•
begründen
den
Zusammenhang
zwischen
Wellenlänge und Frequenz und wenden die
zugehörige Gleichung an.
S. 122: Wellen in Gleichungen
•
vergleichen longitudinale und transversale Wellen.
S. 120: Längswelle
•
beschreiben Polarisierbarkeit
transversaler Wellen.
S. 162: Polarisierbarkeit
als
Eigenschaft
o stellen Bezüge zwischen dieser Kenntnis und
Beobachtungen an einem LC-Display her.
•
beschreiben und deuten Interferenzphänomene
für folgende Fälle:
-
stehende Welle,
-
Doppelspalt und Gitter,
S. 211: Flüssigkristalle
S. 132: Reflexion mechanischer Wellen
S. 134: stehende Wellen
S. 463: Ergänzungen zu stehenden Wellen
S. 171: Klausurtraining A2
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Kerncurriculum
•
Fachwissen
o Prozessbezogene Kompetenzen
Dorn Bader Physik SII
(Best. Nr. 978-3-507-10748-9)
S. 179: Doppelspalt
S. 184: Das Gitter
-
Michelson-Interferometer,
-
Bragg-Reflexion.
S. 204: B1 – Michelson-Interferometer
S. 214: Bragg-Reflexion
o verwenden die Zeigerdarstellung oder eine
andere
geeignete
Darstellung
zur
Beschreibung und Deutung.
wie oben
o erläutern die technische Verwendung des
Michelson- Interferometers zum Nachweis
kleiner Längenänderungen.
S. 204: Die Lichtwellenlänge als Meterstab
•
beschreiben je ein Experiment zur Bestimmung
der Wellenlänge von
-
Schall mit zwei Sendern,
S. 175: Unterwegs im Interferenzfeld
S. 226: Klausurtraining A3
-
Mikrowellen mit dem Michelson-Interferometer,
S. 204: Interferenz
-
Licht mit einem Gitter (subjektiv / objektiv)
o werten entsprechende Experimente angeleitet/
selbstständig aus.
o leiten
die
zugehörigen
Gleichungen
vorstrukturiert (selbstständig) und begründet
her.
-
S. 180: Wellenlängenbestimmung
S. 187: Versuch V3
S. 225: Klausurtraining A1
S. 180: Wellenlängenbestimmung
S. 187: Versuch V3
S. 225: Klausurtraining A1
o wenden ihre Kenntnisse zur Bestimmung des
Spurabstandes bei einer CD an.
o übertragen das Vorgehen auf Experimente mit
anderen Wellenarten
S. 192: CD als Reflexionsgitter
und Röntgenstrahlung mit Bragg-Reflexion.
S. 214/215: Spektrum der Röntgenstrahlung
o werten entsprechende Experimente aus.
S. 226: Klausurtraining A5
o leiten
die
zugehörigen
Gleichungen
vorstrukturiert (selbständig) und begründet
her.
o übertragen das Vorgehen auf Experimente mit
anderen Wellenarten
o erläutern
ein
Verfahren
zur
Strukturuntersuchung
als
technische
Anwendung der Bragg- Reflexion.
S. 224: B1
S. 226: Klausurtraining A5
S. 215: Interessantes
5
Themenbereich Quantenobjekte
Kerncurriculum
•
Fachwissen
o Prozessbezogene Kompetenzen
•
beschreiben
das
Experiment
mit
Elektronenbeugungsröhre
und
deuten
Beobachtungen als Interferenzerscheinung.
Dorn Bader Physik SII
(Best. Nr. 978-3-507-10748-9)
der
die
o übertragen Kenntnisse über Interferenz auf
diese neue Situation / auf verwandte
Situationen.
•
•
•
•
S. 266 ff: Fotoeffekt
o deuten
diesen
Photonenmodells.
S. 266: Licht gibt Energie portionsweise ab
Effekt
mithilfe
des
erläutern die experimentelle Bestimmung des
planckschen Wirkungsquantums mit LEDs.
über das
auf diese
erläutern
die
Entstehung
des
Röntgenbremsspektrums als Energieübertragung
von Elektronen auf Photonen.
S. 271: Umkehrung des Fototeffekts
S. 270: Photonen der Röntgenstrahlung
o bestätigen durch selbständige Auswertung von
Messwerten die Proportionalität zwischen
Energie des Photons und der Frequenz.
S. 271: Tabelle T1
o nutzen das Röntgenbremsspektrum
h – Bestimmung.
S. 271: Aufgabe A1
zur
bestimmen die Wellenlänge bei Quantenobjekten
mit Ruhemasse mithilfe der deBroglie- Gleichung.
S. 283: Die deBroglie-Welle
o bestätigen durch angeleitete Auswertung von
Messwerten die Antiproportionalität zwischen
Wellenlänge und Geschwindigkeit.
S. 280: Beispiel
erläutern Interferenz bei einzelnen Photonen.
S. 274 ff: Das Photon als Quantenobjekt
o verwenden dazu die Zeigerdarstellung oder
eine andere geeignete Darstellung.
S. 274 ff: Das Photon als Quantenobjekt
S. 278: Von der Realität zum Symbol
o deuten
die
Erscheinungen
bei
Doppelspaltexperimenten (in den bekannten
Interferenzexperimenten) durch Argumentation
mit einzelnen Photonen bzw. mit Elektronen.
•
S. 282: Interessantes
S. 327: Klausurtraining A2
beschreiben ein Experiment zum äußeren
lichtelektrischen Effekt mit der Vakuum-Fotozelle.
o übertragen ihre Kenntnisse
Photonenmodell des Lichtes
Situation.
•
S. 280: Elektronenbeugung
interpretieren die jeweiligen Interferenzmuster
stochastisch.
o bestimmen die Nachweiswahrscheinlichkeit für
ein einzelnes Quantenobjekt durch das
Quadrat der resultierenden Zeigerlänge bzw.
der Amplitude der resultierenden Sinuskurve.
S. 275: Das Photon als Quantenobjekt
S. 274: Das Photon als Quantenobjekt
S. 275: B4
S. 277: Merksatz
6
Kerncurriculum
•
Fachwissen
o Prozessbezogene Kompetenzen
o übertragen ihre Kenntnisse auf die Deutung
von Experimenten mit Quantenobjekten
größerer Masse (z. B. kalte Neutronen).
Dorn Bader Physik SII
(Best. Nr. 978-3-507-10748-9)
S. 282: Fullerene
S. 283: Vergleich Photon/Elektron
•
beschreiben den Aufbau eines Mach-ZehnderInterferometers.
S. 276: Knallertest
•
interpretieren
ein
„Welcher-Weg“-Experiment
unter den Gesichtspunkten Nichtlokalität und
Komplementarität.
S. 277: Nichtlokalität, Komplementarität
o erläutern den Begriff Komplementarität mithilfe
der Beobachtungen in einem „Welcher-Weg“Experiment.
S. 277: Nichtlokalität, Komplementarität
S. 285: Experimente zur Unbestimmtheit
7
Themenbereich Atomhülle
Kerncurriculum
•
Fachwissen
o Prozessbezogene Kompetenzen
•
erläutern die Quantisierung der Gesamtenergie
von Elektronen in der Atomhülle.
o verwenden
dazu
das
Modell
eindimensionalen Potenzialtopf.
vom
o diskutieren die Aussagekraft und die Grenzen
dieses Modells.
•
erläutern quantenhafte Emission anhand von
Experimenten zu Linienspektren bei Licht und
Röntgenstrahlung.
o erklären diese Experimente durch die
Annahme diskreter Energieniveaus in der
Atomhülle.
•
S. 292/293: Der hohe, lineare Potenzialtopf
S. 328: Klausurtraining A4
S. 286/287: Die Planck-Konstante bestimmt das
Geschehen
S. 288: Interessantes
S. 294–296: Wo zeigt sich die Quantisierung der
Energie?
erläutern einen Franck-Hertz-Versuch.
S. 290: Die Energie im Atom ist quantisiert
S. 290: B1
S. 328: Klausurtraining A3
erläutern einen Versuch zur Resonanzabsorption.
•
beschreiben die „Orbitale“ bis n = 2 in einem
dreidimensionalen Kastenpotenzial.
o stellen einen Zusammenhang zwischen
dreidimensionalen
Orbitalen
und
eindimensionalen
Wahrscheinlichkeitsverteilungen anschaulich her.
S. 291: V2
S. 301: Atome sind dreidimensional
erklären
den
Zusammenhang
zwischen
Spektrallinien und Energieniveauschemata.
S. 302/303: Wasserstoffatom
o benutzen vorgelegte Energieniveauschemata
zur Berechnung der Wellenlänge von
Spektrallinien und ordnen gemessenen
Wellenlängen Energieübergänge zu.
S. 302: Wellenlängen berechnen
o ziehen diese Kenntnisse zur Erklärung eines
charakteristischen Röntgenspektrums heran.
S. 303: Röntgenwellenlängen messen
o führen Berechnungen dazu aus.
o wenden die Balmerformel an.
•
S. 292/293: Der hohe, lineare Potenzialtopf
o bestimmen eine Anregungsenergie anhand
einer Franck-Hertz-Kennlinie.
•
•
Dorn Bader Physik SII
(Best. Nr. 978-3-507-10748-9)
S. 303: A1, A2
S. 328: Klausurtraining A5
S. 302: Wellenlängen berechnen
o erläutern und bewerten die Bedeutung von
Leuchtstoffen
an
den
Beispielen
Energiesparlampe und „weiße“ LED.
S. 295: V3
erläutern die Grundlagen der Funktionsweise
eines He-Ne-Lasers.
S. 322: Der He-Ne-Laser
o stellen diese unter Verwendung vorgegebener
Darstellungen strukturiert und angemessen
dar.
o beschreiben eine technische Anwendung, die
auf der Nutzung eines Lasersystems beruht.
S. 323: LIDAR, Laser-Kühlung
8
Themenbereich Atomkern
Kerncurriculum
•
Fachwissen
o Prozessbezogene Kompetenzen
•
erläutern das grundlegende Funktionsprinzip
eines Geiger-Müller-Zählrohrs als Messgerät für
Zählraten.
•
erläutern das Zerfallsgesetz und wenden es auf
Abklingprozesse an.
o stellen Abklingkurven grafisch dar und werten
sie unter Verwendung der Eigenschaften einer
Exponentialfunktion zur Basis e aus.
•
S. 374: V2
S. 375: V2
S. 407: Klausurtraining A1
S. 375: Vertiefung
o erläutern das Prinzip des C-14-Verfahrens zur
Altersbestimmung.
S. 376: Aktivität verrät das Alter
o modellieren einen radioaktiven Zerfall mit dem
Differenzenverfahren unter Einsatz einer
Tabellenkalkulation
oder
eines
Modellbildungssystems.
S. 375: Vertiefung
S. 458: Radioaktiver Zerfall
stellen Zerfallsreihen anhand einer Nuklidkarte
auf.
o entnehmen
einer
Nuklidkarte
kennzeichnenden Größen eines Nuklids.
•
S. 362: B2
o beurteilen
Gültigkeitsgrenzen
der
mathematischen Beschreibung aufgrund der
stochastischen Natur der Strahlung.
o übertragen dieses Verfahren auf die Entladung
eines Kondensators.
•
Dorn Bader Physik SII
(Best. Nr. 978-3-507-10748-9)
die
erläutern das grundlegende Funktionsprinzip
eines Halbleiterdetektors für die Energiemessung
von Kernstrahlung.
interpretieren ein α-Spektrum auf der Basis der
zugehörigen Zerfallsreihe.
o beschreiben
die
in
Energiespektren
verwendete
Darstellungsform
(EnergieHäufigkeits-Diagramm).
S. 458/459: Kondensatorentladung
S. 390: Die Nuklidkarte
S. 394: Der Alphazerfall
S. 486: Nuklidkarte
S. 365: Vertiefung
S. 364: Energiespektren
S. 368: Ergänzung
o ziehen die Nuklidkarte zur Interpretation eines
α-Spektrums heran.
•
o erläutern den Einsatz von Radionukliden in der
Medizin.
S. 386/387: Physik und Medizin
beschreiben
die
Quantisierung
Gesamtenergie
von
Nukleonen
eindimensionalen Potenzialtopf.
S. 393: Ein einfaches Kernmodell
der
im
o begründen die Größenordnung der Energie bei
Kernprozessen
mithilfe
des
Potenzialtopfmodells.
S. 392 / S. 293: Gleichung (3) modifiziert
9